三维介孔KIT-6上高分散Ni纳米粒子用于CO甲烷化:助剂对催化性能的影响

曹红霞 张军 郭成龙 陈经广 任相坤

引用本文: 曹红霞,  张军,  郭成龙,  陈经广,  任相坤. 三维介孔KIT-6上高分散Ni纳米粒子用于CO甲烷化:助剂对催化性能的影响[J]. 催化学报, 2017, 38(7): 1127-1137. doi: 10.1016/S1872-2067(17)62862-6 shu
Citation:  HongXia Cao,  Jun Zhang,  ChengLong Guo,  Jingguang G. Chen,  XiangKun Ren. Highly dispersed Ni nanoparticles on 3D-mesoporous KIT-6 for CO methanation:Effect of promoter species on catalytic performance[J]. Chinese Journal of Catalysis, 2017, 38(7): 1127-1137. doi: 10.1016/S1872-2067(17)62862-6 shu

三维介孔KIT-6上高分散Ni纳米粒子用于CO甲烷化:助剂对催化性能的影响

  • 基金项目:

    中央高校基本科研业务费专项资金资助(2015XKMS061).

摘要: 作为煤制天然气的核心技术之一,CO甲烷化工艺的开发基础便是高效催化剂的研制.目前,CO甲烷化催化剂主要采用Ni作为活性组分,但如何保持其具有较高的催化活性和优异的高温稳定性,仍为当今不得不面临的棘手问题.本文以乙二醇改性的三维介孔KIT-6为载体,利用其较高的比表面积、可调孔径、独特的双螺旋三维孔道结构等特点,通过湿式浸渍法成功制备了由助剂改性的Ni基催化剂,探讨了V,Ce,La,Mn等不同助剂对Ni基催化剂CO甲烷化催化性能的影响.分别采用X射线衍射、氢气程序升温还原、氢气程序升温脱附、傅里叶变换红外光谱、透射电子显微镜、能量色散X射线光谱、激光拉曼光谱和热重分析等手段对催化剂特性进行了表征.结果显示,Ni-V/KIT-6具有最高的Ni纳米粒子分散性(26.5%)和催化还原性,产生了最多的活性位,同时,Si-O-V的形成增强了金属-载体间相互作用,并因载体的三维介孔限制效应而形成较小Ni纳米粒子,这些均有助于提升Ni基催化剂CO甲烷化的催化性能和稳定性.在常压、250-400 ℃和60000mL/(g·h)空速的实验条件下对催化剂进行了催化活性评价测试.结果表明,助剂提高了CO甲烷化低温催化活性,其中,Ni-V/KIT-6在350 ℃的条件下实现了CO的完全转化,CH4产率也高达85%;其在常压、500 ℃和60000 mL/(g·h)空速的操作条件下所进行的稳定性测试结果还显示,Ni-V/KIT-6也具有优异的抗烧结和抗积碳能力,展示了良好的高温稳定性.因此,Ni-V/KIT-6是一种具有广阔应用前景的CO甲烷化催化剂.

English

    1. [1] M. Götz, J. Lefebvre, F. Mörs, A. M. D. Koch, F. Graf, S. Bajohr, R. Reimert, T. Kolb, Renew. Energy, 2016, 85, 1371-1390.

    2. [2] L. Pandian, S. K. Min, D. P. Eun, Appl. Catal., 2016, 513, 98-105.

    3. [3] X. J. Hu, W. J. Yan, W. H. Ding, J. Yu, Y. Huang, Chin. J. Catal., 2013, 34, 1720-1729.

    4. [4] L. Bian, W. H. Wang, R. Xia, Z. H. Li, RSC Adv., 2016, 6, 677-686.

    5. [5] J. Sehested, S. Dahl, J. Jacobsen, J. R. Rostrup-Nielsen, J. Phys. Chem. B, 2005, 109, 2432-2438.

    6. [6] L. K. Zhou, Z. L. Li, J. F. Pang, M. Y. Zheng, A. Q. Wang, T. Zhang, Chin. J. Catal., 2015, 36, 1694-1700.

    7. [7] S. Carenco, C. Sassoye, M. Faustini, P. Eloy, D. P. Debecker, H. Bluhm, M. Salmeron, J. Phys. Chem. C, 2016, 120, 15354-15361.

    8. [8] W. B. Shi, X. L. Liu, J. L. Zeng, J. Wang, Y. D. Wei, T. Y. Zhu, Chin. J. Catal., 2016, 37, 1181-1192.

    9. [9] W. Kim, K. Y. Koo, H. J. Lee, Y. G. Shul, W. L. Yoon, Int. J. Hydrogen Energy, 2015, 40, 10033-10040.

    10. [10] H. Liu, Y. Lin, Z. Ma, Chin. J. Catal., 2016, 37, 73-82.

    11. [11] C. Galletti, S. Specchia, V. Specchia, Chem. Eng. J., 2011, 167, 616-621.

    12. [12] M. A. Lucchini, A. Testino, A. Kambolis, C. Proff, C. Ludwig, Appl. Catal. B, 2016, 182, 94-101.

    13. [13] S. Abate, K. Barbera, E. Giglio, F. Deorsola, S. Bensaid, S. Perathon-er, R. Pirone, G. Centi, Ind. Eng. Chem. Res., 2016, 55, 8299-8308.

    14. [14] H. Zhang, Y. Y. Dong, W. P. Fang, Y. X. Lian, Chin. J. Catal., 2013, 34, 330-335.

    15. [15] T. Miyao, S. Sakurabayashi, W. H. Shen, K. Higashiyama, M. Watanabe. Catal. Commun., 2015, 58, 93-96.

    16. [16] X. Li, X. Z. Yang, H. D. Tang, H. Z. Liu, Chin. J. Catal., 2011, 32, 1400-1404.

    17. [17] J. J. Gao, C. M. Jia, J. Li, M. J. Zhang, F. N. Gu, G. W. Xu, Z. Y. Zhong, F. B. Su, J. Energy Chem., 2013, 22, 919-927.

    18. [18] A. M. Zhao, W. Y. Ying, H. T. Zhang, H. F. Ma, D. Y. Fang, Catal. Commun., 2012, 17, 34-38.

    19. [19] M. Tao, X. Meng, Y. H. Lv, Z. C. Bian, Z. Xin, Fuel, 2016, 165, 289-297.

    20. [20] M. Tao, Z. Xin, X. Meng, Z. C. Bian, Y. H. Lv, Fuel, 2017, 188, 267-276.

    21. [21] B. W. Lu, Y. W. Ju, T. Abe, K. Kawamoto, RSC Adv., 2015, 5, 56444-56454.

    22. [22] J. Y. Zhang, Z. Xin, X. Meng, M. Tao, Fuel, 2013, 109, 693-701.

    23. [23] B. Dai, B. Wen, M. Y. Zhu, L. H. Kang, F. Yu, RSC Adv., 2016, 6, 66957-66962.

    24. [24] M. A. A. Aziz, A. A. Jalil, S. Triwahyono, R. R. Mukti, Y. H. Taufiq-Yap, M. R. Sazegar, Appl. Catal. B, 2014, 147, 359-368.

    25. [25] Q. Liu, F. N. Gu, X. P. Lu, Y. J. Liu, H. F. Li, Z. Y. Zhong, G. W. Xu, F. B. Su, Appl. Catal. A, 2014, 488, 37-47.

    26. [26] Y. Zeng, H. F. Ma, H. T. Zhang, W. Y. Ying, D. Y. Fang, Fuel, 2015, 162, 16-22.

    27. [27] G. J. Zhi, X. N. Guo, Y. Y. Wang, G. Q. Jin, X. Y. Guo, Catal. Commun., 2011, 16, 56-59.

    28. [28] K. H. Song, X. Yan, D. J. Koh, T. Kim, J. S. Chung. Appl. Catal. A, 2017, 530, 184-192.

    29. [29] D. E. Rivero-Mendoza, J. N. G. Stanley, J. Scott, K. F. Aguey-Zinsou. Catalysts, 2016, 6, 170-185.

    30. [30] K. C. Zhao, Z. H. Li, L. Bian. Front. Chem. Sci. Eng., 2016, 10, 273-280.

    31. [31] J. Happel, I. Suzuki, P. Kokayeff, V. Fthenakis, J. Catal., 1980, 65, 59-77.

    32. [32] J. Liu, C. M. Li, F. Wang, S. He, H. Chen, Y. F. Zhao, M. Wei, D. G. Evansa, X. Duan, Catal. Sci. Technol., 2013, 3, 2627-2633.

    33. [33] P. Xu, Z. X. Wu, J. G. Deng, Y. X. Liu, S. H. Xie, G. S. Guo, H. X. Dai, Chin. J. Catal., 2017, 38, 92-105.

    34. [34] B. T. Li, X. Luo, J. Huang, X. J. Wang, Z. X. Liang, Chin. J. Catal., 2017, 38, 518-528.

    35. [35] F. Kleitz, S. H. Choi, R. Ryoo, Chem. Commun., 2003, 2136-2137.

    36. [36] Q. Liu, J. J. Gao, M. J. Zhang, H. F. Li, F. N. Gu, G. W. Xu, Z. Y. Zhong, F. B. Su, RSC Adv., 2014, 4, 16094-16103.

    37. [37] X. Z. Yang, Wendurima, G. J. Gao, Q. Q. Shi, X. Wang, J. N. Zhang, C. H. Han, J. Wang, H. L. Lu, J. Liu, M. Tong, Int. J. Hydrogen Energy, 2014, 39, 3231-3242.

    38. [38] F. Kleitz, F. Berube, R. Guillet-Nicolas, C. M. Yang, M. Thommes, J. Phys. Chem. C, 2010, 114, 9344-9355.

    39. [39] J. Sun, Q. B. Kan, Z. F. Li, G. L. Yu, H. Liu, X. Y. Yang, Q. S. Huo, J. Q. Guan, RSC Adv., 2014, 4, 2310-2317.

    40. [40] H. D. Li, J. Ren, X. Qin, Z. F. Qin, J. Y. Lin, Z. Li, RSC Adv., 2015, 5, 96504-96517.

    41. [41] X. Y. Liu, B. Z. Tian, C. Z. Yu, F. Gao, S. H. Xie, B. Tu, R. C. Che, L. M. Peng, D. Y. Zhao, Angew. Chem. Int. Ed., 2002, 41, 3876-3878.

    42. [42] Q. Zhang, T. J. Wang, B. Li, T. Jiang, L. L. Ma, X. H. Zhang, Q. Y. Liu, Appl. Energy, 2012, 97, 509-513.

    43. [43] C. F. Wu, L. Z. Wang, P. T. Williams, J. Shi, J. Huang, Appl. Catal. B, 2011, 108, 6-13.

    44. [44] S. Velu, S. K. Gangwal, Solid State Ionics, 2006, 177, 803-811.

    45. [45] Z. C. Liu, J. Zhou, K. Cao, W. M. Yang, H. X. Gao, Y. D. Wang, H. X. Li, Appl. Catal. B, 2012, 125, 324-330.

    46. [46] M. Piumetti, B. Bonelli, P. Massiani, S. Dzwigaj, I. Rossetti, S. Casale, M. Armandi, C. Thomas, E. Garrone, Catal. Today, 2012, 179, 140-148.

    47. [47] Y. Y. Fu, Y. N. Wu, W. J. Cai, B. Yue, H. Y. He, Sci. China Chem., 2015, 58, 148-155.

    48. [48] W. C. Zhang, Y. L. Guo, Y. Q. Wang, Y. Guo, G. Z. Lu, J. Rare Earths, 2010, 28, 369-375.

    49. [49] V. K. Tomer, S. Duhan, P. V. Adhyapak, I. S. Mulla, J. Am. Ceram. Soc., 2015, 98, 741-747.

    50. [50] G. Ricchiardi, A. Damin, S. Bordiga, C. Lamberti, G. Spano, F. Rivetti, A. Zecchina, J. Am. Chem. Soc., 2001, 123, 11409-11419.

    51. [51] X. T. Gao, S. R. Bare, B. M. Weckhuysen, I. E. Wachs, J. Phys. Chem. B, 1998, 102, 10842-10852.

    52. [52] Q. L. Liu, J. M. Li, Z. Zhao, M. L. Gao, L. Kong, J. Liu, Y. C. Wei. Catal. Sci. Technol., 2016, 6, 5927-5941

    53. [53] G. Xiong, C. Li, H. Y. Li, Q. Xin, Z. C. Feng, Chem. Commun., 2000, 8, 677-678.

    54. [54] G. Du, S. Lim, M. Pinault, C. Wang, F. Fang, L. Pfefferle, G. L. Haller, J. Catal., 2008, 253, 74-90.

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  3
  • 文章访问数:  1174
  • HTML全文浏览量:  117
文章相关
  • 收稿日期:  2017-04-09
  • 修回日期:  2017-05-23
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章